94G雷达物位计的天馈系统结构的制作方法

94g雷达物位计的天馈系统结构
技术领域
1.本实用新型涉及一种天馈系统，特别是一种94g雷达物位计的天馈系统结构，属于雷达检测设备技术领域。


背景技术：

2.随着具有高速数据传输能力的5g商用网络的全覆盖，“智慧矿山”“智慧仓储”等智能化实时调度系统得以实现，使用传感器对矿井和存储罐中物料高度的实时监测系统是智能调度系统的基石。
3.物位计是一种用来对物料高度进行连续测量和限位测量的仪器。传统的超声波物位计或激光物位计受环境影响较大，尤其在矿石、煤炭、混凝土等粉尘浓度高的环境下，检测精确度大打折扣。fmcw(frequency modulated continuous wave，调频连续波)雷达物位计凭借其优异的穿透特性，具有更加广泛的应用场景。天馈系统是利用雷达天线向周围空间辐射电磁波的系统，在雷达物位计波束相同的情况下，天馈系统口径大小与其使用频段成反比，目前市场上主流的使用频段有24g、60g和77g。在狭长的应用场景下，物位计需要具有极窄的波束(如1度、2度波束)，导致物位计的天馈系统口径很大，喇叭很长，不利于安装维护。因此，为实现更高频段的雷达物位计具有更加广泛的应用场景，设计一种小巧轻便的天馈系统结构更是物位计研究的热点。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于解决现有雷达物位计结构存在的上述问题，提出一种94g雷达物位计的天馈系统结构。
5.本实用新型的技术解决方案：94g雷达物位计的天馈系统结构，工作的频带范围是90-94ghz，其结构包括螺纹卡扣、介质透镜、圆锥喇叭、法兰盘、圆矩转换器、环隔器；其中所述介质透镜通过所述螺纹卡扣安装于所述圆锥喇叭的底部，所述法兰盘安装于所述圆锥喇叭的顶部，所述圆矩转换器安装于所述法兰盘的上表面并与所述圆锥喇叭连接，所述环隔器安装于所述圆矩转换器的顶端。
6.进一步的，所述圆锥喇叭由喇叭和圆波导连接组成，其中所述喇叭宽口朝下，窄口朝上，所述喇叭的宽口外侧边缘设有外螺纹，所述喇叭的窄口与所述圆波导的底部连接，所述圆波导的顶部连接所述法兰盘和所述圆矩转换器。所述喇叭长度为35～40个中心频率波长，对外口径d限定如下：
[0007][0008]
式中，θ
0.5h
(rad)为3db波束宽度，λ为中心频率波长；圆波导长度约为1～2个中心频率波长。
[0009]
进一步的，所述介质透镜平面对外，凸面对内，通过螺钉固定在所述圆锥喇叭底部的喇叭宽口上；所述螺纹卡扣旋扣在所述圆锥喇叭的外螺纹上。所述介质透镜的平面厚度
为3～4mm，凸面的法向切面曲线f(t)限定如下：
[0010][0011]
式中，f为焦距，t为曲线函数f(t)的变化量，d为对外口径。
[0012]
进一步的，所述圆矩转换器的圆端口面与所述圆锥喇叭的顶部端口连接，另一方端口面与所述环隔器的单端口面连接，所述环隔器的双端口面对外作为收发端口。
[0013]
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
[0014]
1)收发一体天馈系统结构，口径小，重量轻，易安装；
[0015]
2)采用介质透镜既将天馈系统结构的喇叭长度减少为常规的一半，又替代天线罩对喇叭口面起到保护作用；
[0016]
3)具有实测极好的驻波特性和极窄波束对称方向图。
附图说明
[0017]
附图1是94g雷达物位计的天馈系统的外部结构示意图。
[0018]
附图2是94g雷达物位计的天馈系统的内部结构拆分图。
[0019]
附图3是94g雷达物位计的天馈系统结构的端口s11参数实测结果图。
[0020]
附图4是94g雷达物位计的天馈系统结构的e面归一化方向实测结果图。
[0021]
附图5是94g雷达物位计的天馈系统结构的h面归一化方向实测结果图。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0023]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”“第二”等表次序的词语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0024]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0025]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通
过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0026]
如图1所示的94g雷达物位计的天馈系统结构，包括螺纹卡扣a01、介质透镜a02、圆锥喇叭a03、法兰盘a04、圆矩转换器a05、环隔器a06；其中介质透镜a02通过螺纹卡扣a01安装于圆锥喇叭a03的底部，法兰盘a04安装于圆锥喇叭a03的顶部，圆矩转换器a05安装于法兰盘a04的上表面并与圆锥喇叭a03连接，环隔器a06安装于圆矩转换器a05的顶端。
[0027]
圆锥喇叭a03由喇叭和圆波导连接组成，其中喇叭宽口朝下，窄口朝上，喇叭的宽口外侧边缘设有外螺纹，喇叭的窄口与圆波导的底部连接，圆波导的顶部连接法兰盘a04和圆矩转换器a05。喇叭长度l1为35～40个中心频率波长，对外口径d限定如下：
[0028][0029]
式中，θ
0.5h
(rad)为3db波束宽度，λ为中心频率波长。
[0030]
圆波导长度l2约为1～2个中心频率波长。
[0031]
介质透镜a02平面对外，凸面对内，通过螺钉固定在圆锥喇叭a03底部的喇叭宽口上；螺纹卡扣a01旋扣在圆锥喇叭a03的外螺纹上。介质透镜a02的平面厚度为3～4mm，凸面的法向切面曲线f(t)限定如下：
[0032][0033]
式中，f为焦距，t为曲线函数f(t)的变化量，d为对外口径。
[0034]
圆矩转换器a05的圆端口面与圆锥喇叭a03的顶部端口连接，另一方端口面与环隔器a06的单端口面连接，环隔器a06的双端口面对外作为收发端口。本实施例中，系统工作的频带范围是90-94ghz，圆矩转换器a05型号为hd-900rca2.338，环隔器a06型号为bh900-25y1。所有器件方波导口为型号wr10的标准波导口，圆波导为型号by890的标准波导口。
[0035]
本实用新型通过介质透镜a02喇叭同时发射和接收高频毫米波信号，经矩转换器过渡到环隔器a06，再经过环隔器a06与收发模块的发射和接收波导口对接。
[0036]
如图2所示，按照波束宽度小于2.5
°
对天线参数进行设计，优化后的口径d为120mm；喇叭长度l1为37个中心频率波长约为130.1mm；圆波导长度l2位1个中心频率波长为3.26mm；介质透镜曲面曲线f(t)的焦距f为45mm，函数曲线f(t)可唯一确定，介质透镜曲面是由该曲线构成的唯一曲面。综上实施例1中的所有设计参数已设计完成。
[0037]
通过测量，天线系统结构的回波损耗s11如图3所示，在90-94g的工作频带内s11小于-17db，且绝大多数频点小于-20db，性能极好，满足使用要求。中心频点92g实测归一化方向图如图4和图5所示，波束宽度e面2.2
°
h面2.4
°
，满足设计指标。综上所述，94g物位计天线系统结构在满足小型化设计的同时能达到极好的指标要求。
[0038]
以上仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。